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弋Ｒ４０２１０

分类号

ＵＤＣ密级编号

中国科学院研究生院

硕士学位论文

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申请学位级别理堂亟±学科专业名称丝圈堂皇地堡篮星丕筮

论文答辩日期２ＱＱ５生鱼目论文提交日期２Ｑ逝生主旦

答辩委员会主席

摘要

土壤湿度是进行农业、水文、气象、生态等方面研究的主要基础信息，也是进

行土地退化评价及环境监测的重要指标，土壤湿度的遥感监测方法研究对于资源环

境遥感有重要的意义。

本文结合“生态安全相关要素的定量遥感关键技术研究”项目中“土地退化的遥

感监测指标定量提取与评价技术”子课题的工作，试图在全国范围进行土壤表层湿

度的时空序列反演，并探讨全国土壤湿度分布的时空特性。

论文在对土壤湿度反演方法进行总结及评价的基础上，选择温度植被干旱指数

（ＴＶＤＩ）法对全国土壤湿度进行反演。用地表能量平衡方程对ＴＶＤＩ法的原

理及影响因子进行了分析，发现对ＴＶＤＩ产生影响的因子包括太阳总辐射、气

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温、地表反照率、空气密度、地表发射率、风速等，在文中着重探讨了气温随高程

的变化对ＴＶＤＩ反演土壤湿度的影响。

由于气温随高程变化的影响与高程有关，提出用数字高程模型（ＤＥＭ）对Ｔ

ＶＤＩ反演过程进行订正的方法。参考气温的垂直递减率，用实测值相关分析的方

法确定订正系数并得到订正后的ＴＶＤＩ结果。订正前后土壤湿度结果的对比分析

表明，进行订正后的ＴＶＤＩ能更好地反演土壤湿度。与ＮＳＩＤＣ网站提供的Ａ

ＭＳＲ土壤湿度数据的比较发现，ＴＶＤＩ对土壤水分含量位于Ｏ．０５－０，１

５ｇ．ｃｍ。之间的情况有最好的反映，由于这个区间包括了图像中９０％以上的

像元，认为ＴＶＤＩ可以反映土壤湿度的状况。

用上述方法对２００３年３６旬的土壤湿度情况进行了反演。对旬Ｔｓ—ＮＤ

ＶＩ（地表温度．植被指数）空间散点图的情况进行了分析，对各旬分别确定Ｔｓ

—ＮＤＶＩ特征空间干湿边边界及方程。一般用ＴＳ的最大最小值作为干湿边边

界。由于在研究没有去除图像中的条带噪声，当噪声点较多时，用Ｔｓ的最大最小

值不能得到很好的干湿边边界，对这种情况，用频率法确定干湿边的边界。确定边

界后，对

边界的情况进行分析，参考ＮＤＶＩ直方图及散点图特征，选取ＮＤＶＩ集中

分布的区间范围确定干湿边方程，并在用最ｄ、二乘法进行干湿边拟和时对参与拟

和的点进行挑选，很好地去除了噪声点的影响。

ＴＶＤＩ结果与气候资源图集中全国相对湿度图的对比表明，用ＴＶＤＩ反演

土壤湿度的方法仅适用于４．１０月份。由于ｌ一３及１１一１２月为非作物生长

季，植被较少，对这些月份选取１２月下旬的数据用表观热惯量（ＡＴＩ）的方法

进行了土壤湿度反演，结果与１０月份全国相对湿度图及９月上旬作物生长季表观

热惯量图进行对比发现，表观热惯量的方法对于１２月份的土壤湿度情况有更好的

反演效果，表观热惯量的方法适用于对非作物生长季节的土壤湿度进行反演。

利用４—１０月份作物生长季节的ＴＶＤＩ数据对土壤湿度时空特征与土地利

用的关系进行了分析。对土壤湿度与土地利用的时空相关性分析发现：不同土壤湿

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度与土地利用类型的对应关系有一定的规律，在耕地和草地利用类型区，土壤湿度

的状况有明显的差异，耕地ＴＶＤＩ均值范围为Ｏ